第04讲-基本与典型电气控制电路分析与设计2概要

电气控制及PLC技术电气学院自动化2014年2月电气控制及PLC技术西门子S7-2002电气控制及PLC技术第4讲•讲解内容：2基本与典型电气控制电路分析与设计典型电气控制线路•学习说明：本讲主要学习典型控制线路的设计与分析。重点掌握：起保停控制线路、多地点控制线路；三相异步电动机按顺序工作的连锁控制线路；起动控制电路：如星形—三角形降压起起动线路；制动控制线路：如三相笼型异步电动机反接制动控制电路；工作台往复运动控制线路。电气控制及PLC技术西门子S7-20032基本与典型电气控制电路分析与设计典型电气控制线路•组成：两个按钮、接触器和电动机。•作用：☞两个按钮：分别对电动机进行导通切换和关断切换；☞接触器：使电动机和电源接通且负责接通状态的保持。一、起、保、停控制线路（基础）电气控制及PLC技术西门子S7-2004图3-1电磁式接触器及其电动机起、保、停控制线路示意图电气控制及PLC技术西门子S7-2005图3-2简单的起、保、停电气控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-2006起、保、停电气控制线路控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-2007•二、电动机多地点控制线路（例：三地控制的线路）电气控制及PLC技术西门子S7-2008多地点控制线路用途与功能：在两个或以上对同一台异步电动机进行连续（起动、停止）控制。注意：——控制线路的画法。接线要点：起动按钮并联；停止按钮串联。控制线路主电路两个地点（用两个颜色表示）电气控制及PLC技术西门子S7-2009上页图中未标出两个地点之间的接线，如若按照“起动按钮并联，停止按钮串联”接线，则有两种接线方式，分别需要“3条连接线”和“4条连接线”，其中以3条连接线为较好，示出如下：多地点控制线路的改进3条连接线要领：从起停按钮接线处引线可节省一条线。4条连接线电气控制及PLC技术西门子S7-20010三地控制线路控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-20011电动机多条件起动控制电路（与电路）电气控制及PLC技术西门子S7-20012电动机多条件起动接线示意电路电气控制及PLC技术西门子S7-20013用两只双连开关在两地控制一盏灯双控开关也称双联开关，它一般应用在楼梯上下层或走道的两头等两个不同的地方，能各自独立控制同一盏电灯的点亮或熄灭。S1、S2均为1×2单刀双掷开关。其中图(b)接法，因每个开关内都同时存在电源的相线与零线，所以安装时比较方便，但维修时需特别注意要谨防相、零线两端头短路。（a）（b）（c）电气控制及PLC技术西门子S7-20014用两只双连开关在两地控制一盏灯双控开关也称双联开关，它一般应用在楼梯上下层或走道的两头等两个不同的地方，能各自独立控制同一盏电灯的点亮或熄灭。S1、S2均为1×2单刀双掷开关。其中图(b)接法，因每个开关内都同时存在电源的相线与零线，所以安装时比较方便，但维修时需特别注意要谨防相、零线两端头短路。（a）（b）（c）电气控制及PLC技术西门子S7-200151.主电路实现顺序控制2.控制电路实现顺序控制要求两台或几台电动机的起动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式三、顺序、连锁控制线路顺序起动同时停止控制顺序起动逆序停止控制例如：机床中要求润滑电动机起动后，主轴电动机才能起动电气控制及PLC技术西门子S7-200161.主电路实现顺序控制实现顺序起动电气控制及PLC技术西门子S7-200172.控制电路实现顺序控制（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。（M1先起，M2再起；M2先停或同时停）FUKM2FR2ABCFUM13~ABCKM1FR1M23~主电路控制电路FR2FR1KM1KM2SB3SB4KM2KM1SB1SB2KM1电气控制及PLC技术西门子S7-200182.控制电路实现顺序控制(2)：两电机保证起动的先后顺序，有延时要求。（M1起后M2延时自动起；同时停）SB2KM1KTKM2延时KM2M1起动KTM2起动主电路同前控制电路KTKM2FRKM1SB1SB2KM1KM2KTKM2电气控制及PLC技术西门子S7-20019顺序起动同时停止控制或M2单独停止特点:电气原理图：FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主电路控制电路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1实现顺序起动电气控制及PLC技术西门子S7-20020顺序控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-20021顺序起动逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2电气原理图：特点:主电路控制电路实现顺序起动实现逆序停止电气控制及PLC技术西门子S7-20022两台电动机顺序起动、顺序停止电路电气控制及PLC技术西门子S7-20023两台电动机顺序起动、顺序停止电路接线示意图电气控制及PLC技术西门子S7-20024四、起动控制电路（一）直接起动控制线路适用场合：对容量较小，并且工作要求简单的电动机，如：小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。1.笼型异步电动机手动开关直接起动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-20025一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动2.接触器直接起动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-20026（二）笼型异步电动机降压起动控制线路•原因：容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的4～7倍，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。•方法：常用的降压起动方式有定子电路串电阻降压起动、星形—三角形(Y-△)降压起动和自耦变压器降压起动。•降压原理：丫一∆形的降压起动方法是，起动时将电动机定子绕组结成丫形，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的1/3，而其起动转矩为∆形连接直接起动转矩的1/3。起动电流降为∆形连接直接起动电流的1/3，作用:减小了起动电流对电网的影响。•优点：在于星形起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、减小了起动电流对电网的影响，结构简单，价格低，。•缺点：是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660V/380V，Y／∆接法的电动机轻载起动的场合。电气控制及PLC技术西门子S7-20027图3-7星形—三角形降压起动控制电路电气控制及PLC技术西门子S7-20028星形—三角形降压起动控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-20029鼠笼式异步电动机Y－△起动电路电气控制及PLC技术西门子S7-20030鼠笼式异步电动机Y－△起动电路接线示意图电气控制及PLC技术西门子S7-20031(三)定子串电阻降压起动控制电路演示(1)电气控制及PLC技术西门子S7-20032(三)定子串电阻降压起动控制电路演示(2)电气控制及PLC技术西门子S7-20033原因：三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。五、制动控制电路方法：制动方法一般有两大类1.机械制动2.电气制动①反接制动②能耗制动电气控制及PLC技术西门子S7-20034•工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。（一）反接制动控制线路•工作过程：当想要停车时，首先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。•注意：电动机正在正方向运行时，如果把电源反接，电动机转速将由正转急速下降到零。如果反接电源不及时切除，则电动机又要从零速反向起动运行。如图3-10(a)、图3-10(b)所示为反接制动的控制线路。电气控制及PLC技术西门子S7-20035（a）（b）图3-10反接制动控制线路••图3-10(a)图有这样一个问题：在停车期间，如果为了调整工件，需要用手转动机床主轴时，速度继电器的转子也将随着转动，其常开触点闭合，KM2通电动作，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整工作。•图3-10(b)图的反接制动线路解决了这个问题：控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB1，并在其常开触点上并联了KM2的常开触点，使KM2能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB1，KM2就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB1，KM2才能通电，制动电路才能接通。•注意：因电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。电气控制及PLC技术西门子S7-20036反接制动控制线路控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-20037能耗制动时，制动平稳。这种制动方法是将转子惯性转动的机械能转换成电能，又消耗在转子的制动上，所以称为能耗制动。（二）能耗制动控制线路能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小与电动机的转速n有关，同样转速，电流大，制动作用强。一般接入的直流电流为电动机空载电流的3~5倍，过大会烧坏电动机的定子绕组。电路采用在直流电源回路中串接可调电阻的方法，调节制动电流的大小。工作原理：在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子的制动。设计方案：1.单向运行能耗制动控制线路①基本能耗制动控制线路②按时间原则控制线路；③按速度原则控制线路。2.可逆运行能耗制动控制线路3.单管能耗制动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-200381.单向运行能耗制动控制线路(1)基本能耗制动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-200391.单向运行能耗制动控制线路(2)按时间原则控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-200401.单向运行能耗制动控制线路(3)按速度原则控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-20041单向能耗制动线路控制过程演示电气控制及PLC技术西门子S7-20042能耗制动与反接制动比较反接制动时，制动电流很大，因此制动力矩大，制动效果显著，但在制动时有冲击，制动不平稳且能量消耗大。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗少，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需提供直流电源。在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。电气控制及PLC技术西门子S7-20043六、行程控制实现工作台自动往复运动控制线路分析：（一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给，到SQ1切换状态，KM2得电，KM1失电复位；返回，到SQ2切换，循环往复。（二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。电气控制及PLC技术西门子S7-20044自动往复运动控制线路（限位）电气控制及PLC技术西门子S7-20045行程控制实现工作台自动往返运动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-20046行程、时间控制实现：动力头滑台钻孔加工电器自动控制线路电气控制及PLC技术西门子S7-20047机械运动的示意图电气控制及PLC技术西门子S7-20048电动机可逆运行自动往返控制电路电气控制及PLC技术西门子S7-20049电动机自动往返控制接线示意图电气控制及PLC技术西门子S7-20050行程、时间控制实现：动力头滑台钻孔加工电器自动控制线路快进快退无进给切削电气控制及PLC技术西门子S7-20051补充：课后研究电流控制横梁自动夹紧的线路•在龙门刨床上装有横梁机构，刀架装在横梁上，随加工件大小不同横梁需要沿立柱上下移动，在加工过程中，横粱又需要保证夹紧在立柱上不允许松动